SETENGAH GELOMBANG DAN GELOMBANG PENUH

 Jelaskan bagaimana cara kerja dioda sebagai :

a. penyearah setengah gelombang 

b. penyearah gelombang penuh

Jawaban          :

Pengertian Rectifier (Penyearah Gelombang) – Rectifier atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Penyearah Gelombang adalah suatu bagian dari Rangkaian Catu Daya atau Power Supply yang berfungsi sebagai pengubah sinyal AC (Alternating Current) menjadi sinyal DC (Direct Current). Rangkaian Rectifier atau Penyearah Gelombang ini pada umumnya menggunakan Dioda sebagai Komponen Utamanya. Hal ini dikarenakan Dioda memiliki karakteristik yang hanya melewatkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Jika sebuah Dioda dialiri arus Bolak-balik (AC), maka Dioda tersebut hanya akan melewatkan setengah gelombang, sedangkan setengah gelombangnya lagi diblokir. Untuk lebih jelas, silakan lihat gambar dibawah ini :

 a)  PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG

Rangkaian penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti diilustrasikan pada gambar berikut ini.

Prinsip kerja dari rangkaian penyearah setengah gelombang ini adalah pada saat setengah gelombang pertama (puncak) melewati dioda yang bernilai positif menyebabkan dioda dalam keadaan ‘forward bias’ sehingga arus dari setengah gelombang pertama ini bisa melewati dioda.

Pada setengah gelombang kedua (lembah) yang bernilai negatif menyebabkan dioda dalam keadaan ‘reverse bias’ sehingga arus dan setengah gelombang kedua yang bernilai negatif ini tidak bisa melewati dioda. Keadaan ini terus berlanjut dan berulang sehingga menghasilkan bentuk keluaran gelombang seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

   Dari gambar di atas, gambar kurva ‘D1-anoda’ (biru) merupakan bentuk arus AC sebelum melewati dioda dan kurva ‘D1-katoda’ (merah) merupakan bentuk arus AC yang telah dirubah menjadi arus searah ketika melewati sebuah dioda.

Pada gambar tersebut terlihat bahwa ketika gelombang masukan bernilai positif, arus dapat melewati dioda tetapi ketika gelombang masukan bernilai negatif, arus tidak dapat melewati dioda. Karena hanya setengah gelombang saja yang bisa di searah-kan, itu sebabnya mengapa disebut sebagai Penyearah Setengah Gelombang.

Rangkaian penyearah setengah gelombang ini memiliki kelemahan pada kualitas arus DC yang dihasilkan. Arus DC rata-rata yang dihasilkan dari rangkaian ini hanya 0,318 dari arus maksimum-nya, jika dituliskan dalam persamaan matematika adalah sebagai berikut;

I_AV = 0,318 ∙ I_MAX

Oleh sebab itu rangkaian penyearah setengah gelombang lebih sering digunakan sebagai rangkaian yang berfungsi untuk menurunkan daya pada suatu rangkaian elektronika sederhana dan digunakan juga sebagai demodulator pada radio penerima AM.

 Dioda jembatan

Sebuah jembatan dioda adalah pengaturan dari empat (atau lebih) diodadalam rangkaian jembatan konfigurasi yang menyediakan sama polaritas output baik untuk polaritas input. Ketika digunakan dalam aplikasi yang paling umum, untuk konversi dari arus bolak masukan (AC) menjadi arus searah output (DC), diketahui sebagai jembatan penyearah . Sebuah penyearah jembatan menyediakangelombang penuh perbaikan dari input AC dua kawat, sehingga biaya lebih rendah dan berat dibandingkan dengan penyearah dengan masukan 3-kawat dari transformatordengan pusat-mengetuk gulungan sekunder. Menurut model konvensional dari arusaliran awalnya didirikan oleh Benjamin Franklin dan masih diikuti oleh para insinyur paling hari ini, saat ini diasumsikan mengalir melalui konduktor listrik dari positif ke kutub negatif. Pada kenyataannya, elektron bebas dalam sebuah konduktor hampir selalu mengalir dari negatif ke kutub positif. Pada kebanyakan aplikasi, bagaimanapun, arah aliran arus yang sebenarnya tidak relevan. Oleh karena itu, dalam diskusi di bawah model konvensional dipertahankan.
Dalam diagram di bawah ini, ketika input terhubung ke sudut kiri dari berlian adalahpositif, dan input terhubung ke sudut kanan adalah negatif, arus mengalir dari terminal pasokan bagian atas ke kanan sepanjang jalan (positif) merah untuk output , dan kembali ke terminal pasokan yang lebih rendah melalui jalur (negatif) biru. 
Ketika input terhubung ke sudut kiri adalah negatif, dan masukan yang tersambung ke sudut kanan adalah positif, arus mengalir dari terminal pasokan atas ke kanan sepanjang jalan (positif) merah untuk output, dan kembali ke terminal pasokan lebih rendah melalui jalur (negatif) biru. ^[3] 
Dalam setiap kasus, output kanan atas tetap positif dan kanan bawah output negatif.Karena ini adalah benar apakah input adalah AC atau DC, sirkuit ini tidak hanya menghasilkan output DC dari masukan AC, juga dapat menyediakan apa yang kadang disebut "perlindungan polaritas terbalik". Artinya, itu memungkinkan fungsi normal dari DC bertenaga tetap saat baterai telah dipasang ke belakang, atau ketika lead (kawat) dari sumber daya DC telah terbalik, dan melindungi peralatan dari kerusakan potensial disebabkan oleh polaritas terbalik. 

  PENYEARAH GELOMBANG PENUH

Penyearah gelombang penuh (full wave rectifier) adalah sistem penyearah yang menyearahkan semua siklus gelombang sinus menggunakan dua blok dioda (satu blok dioda bisa berupa satu atau beberapa dioda yang diparalel) yang bekerja secara komplenen. Satu dioda bekerja pada fase siklus positif dan satu dioda bekerja pada fase siklus negatif yang telah dibalik. Oleh karena itu penyearah gelombang penuh identik dengan penggunaan transformator center tap (CT) yang memiliki dua buah output sinyal AC dengan fase berkebalikan.

Rangkaian penyearah gelombang penuh menghasilkan tegangan DC dengan riak (ripple) yang lebih sedikit dibanding penyearah setengan gelombang. Hal ini karena gelombang yang dihasilkan lebih rapat yaitu hasil penggabungan dari siklus sinyal sinus positif dan siklus sinyal sinus negatif yang telah dibalik menjadi siklus positif. Jadi penyearah akan tetap mengeluarkan output pada periode gunung dan lembah dari sinyal sinus.

Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge)
Pada dioda bridge, hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat siklus yang sama. Untuk memahami cara kerja dioda bridge, perhatikanlah kedua gambar berikut.
Saat siklus positif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda B menuju beban dan kembali melalui dioda C. Pada saat yang bersamaan pula, dioda A dan D mengalami reverse bias sehingga tidak ada arus yg mengalir atau kedua dioda tersebut bersifat sebagai isolator.

Sedangkan pada saat siklus negatif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda D menuju beban dan kembali melalui dioda A. Karena dioda B dan C mengalami reverse bias maka arus tidak dapat mengalir pada kedua dioda ini.

Kedua hal ini terjadi berulang secara terus menerus hingga didapatkan tegangan beban yang berbentuk gelombang penuh yang sudah disearahkan (tegangan DC). Grafik sinyal dari penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge) ditunjukkan seperti pada gambar berikut
Jembatan dioda (dioda bridge) tersedia dalam bentuk 1 komponen saja atau pun bisa dibuat dengan menggunakan 4 dioda yang sama karakteristiknya. Yang harus diperhatikan adalah besar arus yang dilewatkan oleh dioda harus lebih besar dari besar arus yang dilewatkan pada rangkaian.
b. Penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda
Seperti telah disebutkan diatas, penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda ini hanya bisa digunakan pada transformator CT, dimana tegangan sekunder yang dihasilkan oleh trafo CT ini adalah :

dimana V1=teg primer dan V2=teg sekunder

Cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini dapat dijelaskan seperti berikut :
Pada artikel mengenai trafo diketahui bahwa pada bagian sekunder trafo CT terdapat 2 sinyal output yang terjadi secara bersamaan, mempunyai amplitudo yang sama namun berlawanan fasa. Saat tegangan input (teg primer) berada pada siklus positif, pada titik AO akan terjadi siklus positif sementara pada titik OB akan terjadi siklus negatif. Akibatnya D1 akan mengalami panjaran maju (forward bias) sedangkan D2 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D1 menuju ke beban dan kembali ke titik center tap.

Saat tegangan input (teg primer) berada pada siklus negatif, pada titik AO akan terjadi siklus negatif sementara pada titik OB akan terjadi siklus positif. Akibatnya D2 akan mengalami panjaran maju (forward bias) sedangkan D1 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D2 menuju ke beban dan kembali ke titik center tap.

Dari penjelasan cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini terlihat bahwa tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas yang sama tanpa memperdulikan dioda mana yang menghantar karena arus mengalir melalui arah yang sama sehingga akan terbentuk gelombang penuh yang disearahkan seperti ditunjukkan

pada grafik sinyal berikut.